(57)【要約】【課題】  例えば、転炉から受鋼鍋への出鋼中に受鋼鍋内の溶鋼レベルを、設備の改造や特別な装置を用いることなく高精度で容易に測定することができる。【解決手段】  転炉８から出鋼される溶鋼を受鋼する受鋼鍋１に対して、マイクロ波アンテナ３を斜め上方に設置し、マイクロ波アンテナ３により受鋼鍋１に対してマイクロ波を投射して反射信号を得、前記反射信号に基づいて反射源までの距離を計測し、前記反射源までの距離に対応する前記反射信号から、不要反射信号と受鋼鍋１内の溶鋼面からの溶鋼面反射信号と受鋼鍋１の鍋縁からの鍋縁反射信号とを弁別し、計測した前記溶鋼面および前記鍋縁までの斜め方向距離に基づいて、前記溶鋼面および前記鍋縁の鉛直方向高さを算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を受湯する受湯鍋に対して、マイクロ波送受信手段を斜め上方に設置し、前記マイクロ波送受信手段により受湯中の前記受湯鍋に対してマイクロ波を投射して反射信号を得、前記反射信号に基づいて反射源までの距離を計測し、前記反射源までの距離に対応する前記反射信号から、不要反射信号と前記受湯鍋内の溶湯面からの溶湯面反射信号と前記受湯鍋の鍋縁からの鍋縁反射信号とを弁別し、計測した前記溶湯面および前記鍋縁までの斜め方向距離に基づいて、前記溶湯面および前記鍋縁の鉛直方向高さを算出することを特徴とする、受湯中の受湯鍋内溶湯レベル計測方法。
【請求項２】
前記鍋縁の鉛直方向高さに基づいてレベル警報を発することを特徴とする、請求項１記載の、受湯中の受湯鍋内溶湯レベル計測方法。
【請求項３】
前記不要反射信号の発生源からの反射信号位置を予め演算し、前記不要反射信号の発生源からの前記反射信号位置の反射信号を無視し、かくして、前記反射信号から前記不要反射信号と前記溶湯面反射信号と前記鍋縁反射信号とを弁別することを特徴とする、請求項１または２記載の、受湯中の受湯鍋内溶湯レベル計測方法。
【請求項４】
前記受湯鍋の種別情報と前記マイクロ波送受信手段とから想定される前記受湯鍋内の溶湯レベル想定範囲内の反射信号のみを検出し、前記溶湯面反射信号を、受湯に伴って位置が順次上昇する反射信号として認識すると共に、受湯時の鍋内溶湯表面の波立ちに伴う信号強度の変動が発生する反射信号として認識し、かくして、前記不要反射信号と前記溶湯面反射信号とを弁別することを特徴とする、請求項１または２記載の、受湯中の受湯鍋内溶湯レベル計測方法。
【請求項５】
溶湯を受湯する受湯鍋に対して、斜め上方に設置されるマイクロ波送受信手段と、前記マイクロ波送受信手段により得られた反射信号に基づいて反射源までの距離を計測するマイクロ波距離計と、前記マイクロ波距離計からの前記反射源までの距離に対応する反射信号から、不要反射信号と受湯中の前記受湯鍋内の溶湯面からの溶湯面反射信号と前記受湯鍋の鍋縁からの鍋縁反射信号とを弁別する弁別手段と、前記マイクロ波距離計によって計測された、前記溶湯面および前記鍋縁までの斜め方向距離に基づいて、前記溶湯面および前記鍋縁の鉛直方向高さを算出する演算手段とを備えたことを特徴とする、受湯中の受湯鍋内溶湯レベル計測装置。
【請求項６】
前記演算手段によって算出した前記鍋縁の鉛直方向高さに基づいてレベル警報を発するレベル警報手段を備えたことを特徴とする、請求項５記載の、受湯中の受湯鍋内溶湯レベル計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、受湯中の受湯鍋内溶湯レベル計測方法および装置、特に、例えば、転炉から受鋼鍋への出鋼中に受鋼鍋内の溶鋼レベルを高精度で測定することができる、受湯中の受湯鍋内溶湯レベル計測方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、転炉において精錬された溶鋼は、運搬台車に乗せられた受鋼鍋に出鋼され、次工程に運ばれる。この出鋼時において、受鋼鍋からの溶鋼のオーバーフローを防止するために、受鋼鍋内の溶鋼レベルを把握することは極めて重要である。
【０００３】
従来、受鋼鍋内の溶鋼レベルは、オペレーターが目視により監視したり、あるいは、運搬台車に設けた重量計により受鋼量を測定することにより行なっていた。また、特許文献１および２には、例えば、転炉等に対して鉛直上方からマイクロ波を炉内溶鋼面に向けて投射して溶鋼レベルを測定する方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２１５８４号公報
【特許文献２】特開平３−２８１７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、オペレーターの目視による監視法は、出鋼時の発煙等によって受鋼鍋内が見えづらいために、推定に頼らざるを得ず、従って、正確な溶鋼レベルの把握が困難であった。
【０００６】
重量計測による方法は、受鋼鍋自体の重量が受鋼鍋への地金の付着等によって変動すると共に操業に伴なう耐火煉瓦の磨耗によって受鋼鍋の内面形状が変化するために、やはり正確な溶鋼レベルの測定が困難であった。
【０００７】
マイクロ波を利用する方法は、マイクロ波を垂直上方から炉内溶鋼面に向けて投射するものであるので、この方法をそのまま受鋼鍋内の溶鋼レベルの測定に適用することは困難である。何故なら、転炉が受鋼鍋の直上に存在するために、マイクロ波距離計あるいはその送受信アンテナの設置が困難だからである。
【０００８】
この問題を回避するために、転炉側面にマイクロ波距離計を設置することも考えられるが、操業時の落下物や熱負荷等に対する養生が必要であり、また、転炉自体が出鋼時に転炉内の溶鋼量に応じて傾動するため、アンテナと受鋼鍋との角度も変化する。従って、正確な溶鋼レベルの測定が困難であった。さらに、転炉と受鋼鍋との間にアンテナを一時的に移動させる機構を設けることも考えられるが、熱負荷、出鋼時の飛散溶鋼、落下物等に対する対策も必要であり、設備の改造等に多額の費用を要する。
【０００９】
従って、この発明の目的は、例えば、転炉から受鋼鍋への出鋼中に受鋼鍋内の溶鋼レベルを、設備の改造や特別な装置を用いることなく高精度で容易に測定することができる、受湯中の受湯鍋内溶湯レベル計測方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、上述の目的を達成するためになされたものであり、下記を特徴とする。
【００１１】
請求項１記載の発明は、溶湯を受湯する受湯鍋に対して、マイクロ波送受信手段を斜め上方に設置し、前記マイクロ波送受信手段により受湯中の前記受湯鍋に対してマイクロ波を投射して反射信号を得、前記反射信号に基づいて反射源までの距離を計測し、前記反射源までの距離に対応する前記反射信号から、不要反射信号と前記受湯鍋内の溶湯面からの溶湯面反射信号と前記受湯鍋の鍋縁からの鍋縁反射信号とを弁別し、計測した前記溶湯面および前記鍋縁までの斜め方向距離に基づいて、前記溶湯面および前記鍋縁の鉛直方向高さを算出することに特徴を有するものである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、鍋縁の鉛直方向高さに基づいてレベル警報を発することに特徴を有するものである。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、不要反射信号の発生源からの反射信号位置を予め演算し、不要反射信号の発生源からの反射信号位置の反射信号を無視し、かくして、反射信号から不要反射信号と溶湯面反射信号と鍋縁反射信号とを弁別することに特徴を有するものである。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、受湯鍋の種別情報とマイクロ波送受信手段とから想定される受湯鍋内の溶湯レベル想定範囲内の反射信号のみを検出し、溶湯面反射信号を、受湯に伴って位置が順次上昇する反射信号として認識すると共に、受湯時の鍋内溶湯表面の波立ちに伴う信号強度の変動が発生する反射信号として認識し、かくして、不要反射信号と溶湯面反射信号とを弁別することに特徴を有するものである。
【００１５】
請求項５記載の発明は、溶湯を受湯する受湯鍋に対して、斜め上方に設置されるマイクロ波送受信手段と、前記マイクロ波送受信手段により得られた反射信号に基づいて反射源までの距離を計測するマイクロ波距離計と、前記マイクロ波距離計からの前記反射源までの距離に対応する反射信号から、不要反射信号と受湯中の前記受湯鍋内の溶湯面からの溶湯面反射信号と前記受湯鍋の鍋縁からの鍋縁反射信号とを弁別する弁別手段と、前記マイクロ波距離計によって計測された、前記溶湯面および前記鍋縁までの斜め方向距離に基づいて、前記溶湯面および前記鍋縁の鉛直方向高さを算出する演算手段とを備えたことに特徴を有するものである。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、演算手段によって算出した鍋縁の鉛直方向高さに基づいてレベル警報を発するレベル警報手段を備えたことに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、例えば、転炉から受鋼鍋への出鋼中に受鋼鍋内の溶鋼レベルを、設備の改造や特別な装置を用いることなく高精度で容易に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明の受湯鍋内溶湯レベル計測方法の一実施態様を、転炉から受鋼鍋に出鋼する場合を例に挙げて、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
なお、この発明における受湯鍋には、以下に説明する、転炉からの溶鋼を受鋼する受鋼鍋以外に、電気炉からの溶鋼を受鋼する受鋼鍋、溶銑処理炉からの溶銑を受銑する受銑鍋、あるいは、銅やアルミニウム等のマイクロ波を反射する特性を有する溶融金属を受ける受湯鍋が含まれる。
【００２０】
図１は、この発明の受鋼鍋内溶鋼レベル計測方法を示す説明図、図２は、この発明の受鋼鍋内溶鋼レベル計測装置の構成図、図３は、鉛直方向高さの演算方法を示す説明図である。
【００２１】
図１および図２において、１は、受鋼鍋、２は、受鋼鍋台車、３は、マイクロ波送受信手段としてのマイクロ波アンテナ、４は、マイクロ波距離計、５は、弁別手段、６は、演算手段、７は、レベル警報手段、そして、８は、転炉である。
【００２２】
マイクロ波アンテナ３は、転炉８から出鋼される溶鋼を受鋼する受鋼鍋１に対して、斜め上方に設置され、受鋼鍋１内の溶鋼面（Ｓ）に対してマイクロ波信号の送受信を行う。ここでの斜め方向位置は、転炉８の傾動範囲、受鋼鍋１の位置により決定される位置であり、受鋼鍋１中の溶鋼面（Ｓ）が見通せると共に、アンテナ３に対して出鋼中の飛散溶鋼や落下物（ダクト内面付着物）の影響を受けず、アンテナ３に対する熱負荷も低い位置を選択する。
【００２３】
アンテナ３から投射されたマイクロ波は、溶鋼面（Ｓ）に対して斜め方向から入射するので、溶鋼面が完全な平面であるとすると、溶鋼面（Ｓ）で反射されたマイクロ波信号は、アンテナ３に入射しないか、入射してもその量は、非常に小さいことが予測される。しかしながら、実際にマイクロ波を斜め方向から受鋼中の溶鋼面（Ｓ）に投射し、その反射量を測定したところ、受鋼中であることから溶鋼表面は平面ではなく波立ちにより凹凸状になっているので、マイクロ波の反射成分がかなりあること、および、鍋壁面と溶鋼面とで形成される角部分（Ｐ）からの反射が必ず発生することが確認できた。従って、これらの事実から受鋼鍋１中の溶鋼面（Ｓ）からの反射信号を連続して検出することが可能となる。
【００２４】
実際の転炉からの出鋼では、受鋼鍋の位置は、転炉の傾動角度による出鋼口の位置変化に応じて位置が変化するため、マイクロ波アンテナは、受鋼鍋の位置が移動しても溶鋼面に対してマイクロ波の投射が可能なように指向性が広いものを使用する。
【００２５】
このように、アンテナの指向性を広くする必要があるため、アンテナ３から投射されたマイクロ波信号は、溶鋼面（Ｓ）のみならず、周辺の鍋側面、受鋼鍋台車２、転炉炉体、副原料投入シュート（図示せず）等にも投射され、これらの反射源からの反射信号が発生し、不要反射信号となる。
【００２６】
マイクロ波距離計４は、アンテナ３から投射され反射源で反射し、検出された反射信号を時間軸上のパルス信号として出力し、反射信号の時間軸上の位置から、反射源までの距離を計測する。
【００２７】
弁別手段５は、マイクロ波距離計４により検出される、反射源までの距離に対応する反射信号から、受鋼鍋１の側面部、受鋼鍋台車２、副原料投入シュート等の反射源からの不要反射信号と受鋼鍋１内の溶鋼面（Ｓ）からの反射信号（溶鋼面反射信号）と受鋼鍋１の鍋縁からの鍋縁反射信号とを弁別する。
【００２８】
想定される溶鋼レベル範囲（レベル想定範囲Ｌ1〜Ｌ2）（Ｌ1：溶鋼レベルの上限値、Ｌ2：溶鋼レベルの下限値）、すなわち、溶鋼までの距離範囲と不要反射信号の発生位置（距離）とが異なれば弁別は容易であるが、実際の計測では、レベル想定範囲内に不要反射信号が発生する。
【００２９】
そこで、弁別手段５は、予め、アンテナ設置位置、受鋼鍋種別情報、投入シュート位置等の周辺構造物との相対位置関係から、受鋼鍋側面、鍋台車、投入シュート等の不要反射信号発生源からの反射信号位置を予め推定算出し、当該位置の反射信号を不要反射として扱うことによって不要反射信号と溶鋼面反射信号とを弁別する。
【００３０】
別の弁別手段としては、受鋼鍋種別情報とマイクロ波送受信手段とから想定される受鋼鍋内のレベル想定範囲内の反射信号のみを検出すると共に、前記レベル想定範囲内の信号で且つ出鋼開始時にレベル検出下限に発生する信号を溶鋼からの反射信号として検出し、出鋼の進行にしたがってレベル位置（距離）が順次上昇した位置に発生する信号を溶鋼面反射信号として弁別するものであっても良い。
【００３１】
さらに、別の弁別手段として、転炉８からの出鋼流の影響により溶鋼面には波立ちが発生し、これにより反射信号強度の変動が発生することから、信号強度が変化しない反射信号を不要反射信号として除去することにより溶鋼面反射信号を弁別するものであっても良い。
【００３２】
さらに、別の弁別手段として、不要反射信号と溶鋼面反射信号の信号強度の差に着目した方法であっても良い。すなわち、図４に示すように、鍋側面や投入シュートからの反射信号は、固定物からの反射信号であるので反射信号強度が比較的大きい。それに対して、受鋼鍋内の溶鋼面からの反射信号は、溶鋼面の波立ちの影響等があるため相対的に小さい。この点から、ノイズレベルから決まる信号強度下限値と不要反射信号レベルから決まる信号強度上限値とを設定して、一定以上の強度の信号を不要反射信号として除去して、溶鋼面反射信号のみを弁別する。
【００３３】
なお、弁別手段５は、上記各弁別方法を単独で実施することにより信号を弁別できるが、各弁別方法を組み合わせれば、より確実に弁別を行うことができる。
【００３４】
演算手段６は、弁別手段５により弁別された溶鋼面反射信号および鍋縁反射信号に対応する溶鋼面および鍋縁までの斜め方向距離に基づいて、溶鋼面および鍋縁の鉛直方向高さを演算する。すなわち、図３に示すように、これら鉛直方向高さ（距離）は、
Ｔ1＝ｍ1ｃｏｓθ１、
Ｔ2＝ｍ2ｃｏｓθ２、
但し、Ｔ1：アンテナ３と溶鋼面（Ｓ）との間の鉛直距離、
Ｔ2：アンテナ３と受鋼鍋１の鍋縁との間の鉛直距離、
ｍ1：アンテナ３と溶鋼面（Ｓ）との間の斜め方向距離、
ｍ2：アンテナ３と受鋼鍋１の鍋縁との間の斜め方向距離、
θ1：アンテナ３と溶鋼面（Ｓ）との角度、
θ2：アンテナ３と受鋼鍋１の鍋縁との角度、
として演算される。
【００３５】
このようにして、計測を連続して行い、出鋼に伴い上昇する溶鋼面（Ｓ）までの鉛直方向距離（Ｔ1）と、固定点である鍋縁までの鉛直方向距離（Ｔ2）とを演算したら、鍋縁から溶鋼面（Ｓ）までの距離（Ｌ0）を算出する。
【００３６】
７は、レベル警報手段であり、鍋縁から溶鋼面（Ｓ）までの距離（Ｌ0）が予め設定した基準値を超えた段階で警報を発する。これにより、オーバーフローを防止するように転炉からの出鋼を中断することが可能であり、警報レベルに達する上限まで出鋼を行うことが可能となる。
【００３７】
次に、この発明における不要反射信号と溶鋼面反射信号との弁別方法の一例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３８】
図５は、受鋼鍋がない場合の反射信号波形を示す図、図６は、空鍋がある場合の不要反射信号波形を示す図、図７は、溶鋼面反射信号が現れた反射信号波形を示す図、図８は、受鋼面の上昇に伴い溶鋼面反射信号が移動した反射信号波形を示す図、図９は、不要反射信号と溶鋼面反射信号とが重畳した反射信号波形を示す図、図１０は、溶鋼面反射信号がさらに移動して不要反射信号から離れた反射信号波形を示す図である。
【００３９】
受鋼鍋１は、転炉８からの出鋼時に転炉の直下に移動してくるので、出鋼前の転炉吹錬（操業）時には、アンテナ３からの視野（指向性）範囲内には受鋼鍋１は存在せず、マイクロ波距離計４は、地表面で反射した信号（Ｌ3）のみを検出する（図５）。
【００４０】
出鋼の開始直前には、転炉８下に受鋼鍋台車２ごと受鋼鍋１が移動し、アンテナ３の視野（指向性）範囲に入ってくるので、受鋼鍋側面、受鋼鍋台車等からの不要反射信号が検出される（図６）。このとき、受鋼鍋１とアンテナ３との位置関係から受鋼鍋１内の溶鋼のレベル想定範囲（Ｌ1〜Ｌ2）が弁別手段５により設定されるが、このレベル想定範囲内に複数の不要反射信号が存在する。また、この例では、アンテナ３と受鋼鍋１との位置関係により受鋼鍋１内に溶鋼がない空の状態では、アンテナ３からの視野範囲に受鋼鍋の鍋底がないため、受鋼鍋１の鍋底からの反射信号は得られていない。
【００４１】
転炉８からの出鋼が開始され、受鋼鍋１内の溶鋼レベルが上昇して、アンテナ視野範囲に溶鋼面（Ｓ）が入ってくると、溶鋼面反射信号が検出される（図７）。検出される溶鋼面反射信号は、出鋼に伴う受鋼鍋１内の溶鋼表面の波立ちの影響により位置および強度が変動する信号となるので、変動する反射信号から得られる距離値を平均化した値を受鋼レベルとする。
【００４２】
弁別手段５は、レベル想定範囲（Ｌ1〜Ｌ2）内に存在する溶鋼面反射信号と不要反射信号とを弁別し、溶鋼面反射信号のみを検出する。すなわち、弁別手段５は、レベル想定範囲（Ｌ1〜Ｌ2）の下限基準値として適切に定めた距離範囲を溶鋼面識別範囲（Ｌａ、Ｌｂ）として設定し、この範囲内の反射信号のみを溶鋼面反射信号として弁別する。ここで、溶鋼面識別範囲（Ｌａ、Ｌｂ）が適切に設定されていれば、レベル想定範囲（Ｌ1〜Ｌ2）内に存在する不要反射信号は検出せず、溶鋼面反射信号のみを弁別、検出することが可能となる。
【００４３】
更に、弁別手段５は、順次弁別、検出される溶鋼面反射信号位置の平均値を算出し、受鋼鍋レベルとして出力すると共に、この平均値を元に溶鋼面識別範囲（Ｌａ、Ｌｂ）を設定し直す。この結果、受鋼鍋１内の溶鋼レベルは、転炉８からの出鋼に伴い上昇するので、溶鋼面識別範囲も（Ｌ1）方向に移動する（図８）。
【００４４】
ここで、受鋼鍋１内の溶鋼レベルの上昇に伴い溶鋼面識別範囲（Ｌａ、Ｌｂ）が移動して、不要反射信号が溶鋼面識別範囲に入った場合、溶鋼面反射信号の他に不要反射信号が溶鋼面反射信号として弁別される（図９）。このとき不要反射信号は、誤差要因となるが、溶鋼面反射信号と不要反射信号とはほぼ同一位置（溶鋼面識別範囲）に存在するので、計測値（平均値）への影響は少ない。不要反射信号が溶鋼面識別範囲内にある状態でも、溶鋼面からの反射信号は、出鋼に伴い更に移動する。従って、不要反射信号は、溶鋼面識別範囲から外れるので、不要反射信号が溶鋼面反射信号として識別されることはない（図１０）。この結果、不要反射信号が存在する場合でもその影響が抑制される。
【００４５】
上記溶鋼面識別範囲の設定は、溶鋼面の波立ち、振動による溶鋼レベルの変動範囲を含み、溶鋼面レベルの計測値（平均値）算出時の不要反射の影響が小さくなるように設定する。すなわち、溶鋼識別範囲を大きく設定すれば、変動する溶鋼面からの反射信号を確実に検出することが可能となるが、不要反射信号を溶鋼面信号として検出する範囲が広くなるので、不要反射信号の影響により計測値の誤差が増大する恐れがある。従って、変動する溶鋼面の検出への影響が少ない範囲で溶鋼識別範囲を小さく設定することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の受鋼鍋内溶鋼レベル計測方法を示す説明図である。
【図２】この発明の受鋼鍋内溶鋼レベル計測装置の構成図である。
【図３】鉛直方向高さの演算方法を示す説明図である。
【図４】信号強度による弁別方法を示す図である。
【図５】受鋼鍋がない場合の反射信号波形を示す図である。
【図６】空鍋がある場合の不要反射信号波形を示す図である。
【図７】溶鋼面反射信号が現れた反射信号波形を示す図である。
【図８】受鋼面の上昇に伴い溶鋼面反射信号が移動した反射信号波形を示す図である。
【図９】不要反射信号と溶鋼面反射信号とが重畳した反射信号波形を示す図である。
【図１０】溶鋼面反射信号がさらに移動して不要反射信号から離れた反射信号波形を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：受鋼鍋
２：受鋼鍋台車
３：マイクロ波アンテナ
４：マイクロ波距離計
５：弁別手段
６：演算手段
７：レベル警報手段
８：転炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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